实验教学案例:初中物理中用抽气机和真空罩进行拓展的实验

一、用真空罩研究液体的沸点与气压的关系

初中八年级物理第一章《物态及其变化》第四节“汽化和液化”有关于液体沸点与气压关系的结论：液体的沸点随气压的增大而升高，随气压的减小而降低。这一结论通常是以直接告知的方式让学生了解的，课本通过对高原地区水的沸点低，导致鸡蛋、面条煮不熟，高压锅是高原地区必备的炊具这一事实进行佐证，来帮助学生理解、记忆这一物理学的基本结论。

本人在实践教学中发现，用真空罩附抽气盘可以方便地开展液体沸点与气压关系的演示实验，从而使学生形象而直观地理解这一基本的物理规律。具体做法如下：

用小烧杯接一杯烧开的水放到抽气盘上，并将真空罩与抽气盘连接在一起。这样就将真空罩内的气体密封了起来（如图1所示）。

再将抽气机与抽气盘连接，并打开抽气盘上的阀门，用抽气机开始抽气（如图2所示）。

随着不停地抽气，导致真空罩内气体的压强越来越小，我们将会看到原本已经停止沸腾、温度低于100℃的水在不用加热的情况下会重新沸腾起来（如图3所示）。

这说明在气压减小的情况下，水的沸点降低了。反之，如果气压增大，则水的沸点会升高。

另外，本人在实验中还发现：不需事先加热至沸腾，在常温下，随着抽气，23℃的水中就会产生大量的气泡，但因为真空罩密封性的问题，不能观察到明显的汽化现象。但当水温达到35℃的时候，随着抽气，烧杯中的水会发生剧烈的沸腾现象，而这一温度远远低于兰州市水的沸点――97℃。

在本实验的具体操作中，我们还需要注意一个问题，那就是要防止水进入抽气机。在本实验中，随着抽气机的不断抽气，水会发生剧烈的沸腾，必然有一部分水会从烧杯溅入抽气盘底座，而进入抽气盘底座的水又会从抽气口经皮管进入抽气机。如果不小心让水进入抽气机，这无疑会影响抽气机日后的正常使用和工作。所以，为了防止以上事件的发生，在实验中，当我们观察到水的剧烈沸腾后，要及时停止抽气。

二、用真空罩和抽气机模拟气球高空爆破的原理暨研究气体压强和密度的关系

我们知道节日里放飞的氢气球在升入高空后会因为外部大气压强的逐渐减小而体积膨胀得越来越大，超过一定限度，最终将气球撑破。但这一事实，人们只能根据理论分析得到，却不可能亲眼目睹。本人在教学实践中发现，可以用真空罩、抽气机和小气球模拟氢气球升入高空后自动爆破的原理。具体做法如下：

将小气球稍微吹起一些后，将吹气口密封（直接捆绑气球或用细线捆绑）。将气球放入真空罩抽气盘上，并将真空罩和抽气盘连接起来，并观察抽气之前真空罩内气球体积的大小（如图4所示）。

打开真空罩抽气盘上抽气阀门，开始用抽气机抽气。随着抽气，再次认真观察真空罩内气球体积的变化。图5是本人在实验中拍摄的照片：

分析气球体积变化的原因：

在实验中，真空罩内的气球是密封的，随着抽气机的工作，真空罩内气体的数量越来越少，产生的压强也越来越小，即气球外部的气体压强越来越小，而气球内外的压力差也越来越大。这一向外的压力差将会使气球的体积膨胀得越来越大，超过气球的弹性限度，就会将气球从内向外撑破。

类似的原理，氢气球在升入高空后，随着海拔高度的不断增加，气球外面的大气压强越来越小，气球内外的气体压力差也将越来越大，氢气球的体积也将膨胀得越来越大，超过一定限度，将氢气球从内向外撑破。这也就是我们知道的氢气球升入高空后自动爆破的原因。

这样，我们就可以通过一个简单的模拟实验和类比分析，化抽象为具体，化想象为目见，使学生轻松掌握氢气球升入高空自动爆破的原理。

除此之外，利用这一实验，从另一个角度，我们还可以研究气体的压强与气体密度的关系。在抽气开始之前，因为气球是密封的，气球内空气的质量、温度、体积是一定的，所以气球内的气体产生的压强也是确定的。随着抽气，真空罩内空气的密度越来越小，而气球越来越大，这说明气球内外产生的压力差越来越大。这表明随着抽气，随着真空罩内气体密度的减小，气体产生的压强越来越小。而在这个实验中，真空罩内气体的温度和体积变化不大，作为次要因素，均可忽略不计。由此可以得出下列结论：在温度和体积不变的情况下，当气体的密度减小时，压强减小;反之，当气体的密度增大时，则气体产生的压强增大。关于后一结论，我们可以在实验中将抽气机替换为打气筒来向真空罩中打气来进行实验验证。

抽气机和真空罩附抽气盘，这是中学物理实验室必配的常用仪器。通过这样的简单组合和应用，用简简单单的实验就可以使抽象的物理规律形象而直观地呈现在学生的面前。这既有利于学生对这一规律的理解和记忆，也提高了学生对物理探究的兴趣。

（作者单位：甘肃省兰州市红古区窑街学校）